автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Длительное силовое сопротивление и безопасность сооружений

На правах рукописи

ДЛИТЕЛЬНОЕ СИЛОВОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ И БЕЗОПАСНОСТЬ СООРУЖЕНИЙ

05.23.01 - Строительные конструкции, здания и сооружения

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва-2005 г.

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Московском институте коммунального хозяйства

и строительства (МИКХиС)

Научный консультант - доктор технических наук, профессор

Бондаренко Виталий Михайлович

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Травуш Владимир Ильич

- доктор технических наук, профессор Санжаровский Рудольф Сергеевич

- доктор технических наук, профессор Хромец Юрий Николаевич

Ведущая организация - Научно-исследовательский институт строи-

тельной физики РААСН Защита состоится 29 июня 2005 г. в 10 ч. на заседании диссертационного совета Д 212.153.01 при Московском институте коммунального хозяйства и строительства по адресу: 109029, г. Москва, Средняя Калитниковская ул. д.30, актовый зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского института коммунального хозяйства и строительства. Автореферат разослан «28» мая 2005 г.

Ученый секретарь диссертационно! о совета доктор технических наук, профессор

Бунькин И.Ф.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Проблема обеспечения безопасности и живучести эксплуатируемых зданий и сооружений занимает важное место среди задач прогноза силового сопротивления строительных конструкций.

В последнее десятилетие она заметно обострилась во многих странах, и особенно в России, в силу многих причин, например, воздействий техногенного характера, чрезвычайных ситуаций, землетрясений. Следует отметить также, что задача безопасности и живучести сооружений примыкают к общей проблеме сбережения ресурсов в процессе, реализуемой в процессе их реконструкции. Вопросы теории расчета и прогнозирования безопасности железобетонных сооружений освещены во многих отечественных и зарубежных работах. Эти расчеты, неизбежно связанные с прочностью бетона - его основной физико-механической характеристикой - не отражают в полной мере динамику этой прочности во времени, зависящую от многих факторов: режима силового на-гружения, воздействий окружающей среды и т.п.

Эта динамика является существенной для количественной оценки текущего и длительного ресурса силового сопротивления элементов сооружений, связанной с прогнозированием их безопасности.

В настоящее время начались исследования, касающиеся поведения сооружений в результате возможных запроектных воздействий, влекущих разрушение их элементов, например, связей и сечений.

Идея энергетического подхода для оценки динамических догружений элементов сооружений и первые ее реализации принадлежат Г.А. Генневу и В.И. Колчунову. Эта идея емкая и перспективная и, по-видимому, будет одной из основных в проблеме безопасности и живучести сооружений и возникает необходимость дальнейших исследований для ее развития и применения.

*ОС ИАЦИОИАЛЬ«М кИМКОТЕКА

1—штштшш—тшшшятшшш* #

Цель работы:

- развитие теоретических основ длительного силового сопротивления материалов строительных конструкций с учетом режимов силового нагружения, коррозионных повреждений и вибрационных пригружений;

- построение элементов соответствующей теории безопасности и живучести зданий и сооружений.

Научная новизна работы заключается в следующем:

a) предложен и развит новый подход к оценке текущей и длительной прочности бетона, обеспечивающий учет влияния режимов силовых воздействий и коррозионных повреждений;

b) введен эффективный при изучении явлений виброползучести деформационный инвариант, эквивалентный известному энергетическому инварианту Н.И. Давиденкова;

c) выявлено влияние величин частот на коэффициент и меру виброползучести бетона и установлен ряд новых соотношений, существенных для практических расчетов;

ф предложен новый подход получения интегральных характеристик силового сопротивления сечений железобетонных элементов, развивающий известный метод В.М. Бондаренко;

е) обоснована независимость от режима деформирования отношения предельных относительных деформаций на диаграмме « е-а»;

^ предложен уточненный способ прогноза динамики продвижения коррозионных повреждений вглубь бетона с учетом его силового нагружения;

g) развит энергетический подход Г.А. Гениева - В.И. Колчунова для установления динамических догружений в статически неопределимых стержневых конструкциях;

Ь) введен новый способ для количественной оценки безопасности сооружений.

Работа выполнена в соответствии с задачей 2: «Разработка теории и типологии зданий и сооружений; обеспечение безопасности», входящей в программу РААСН.

«Основы теории и технологии безопасности строительной инфраструктуры зданий и сооружений с учетом специфики климатических и техногенных условий».

Практическое значение работы заключается в том, что

- полученные в развиваемой теории оценки и соотношения уточняют расчетные формулы длительного силового сопротивления железобетонных элементов строительных конструкций;

- предлагается рабочая формула для вычисления коэффициента виброползучести на основе контрольных экспериментальных наблюдений;

- предлагается способ экспериментального определения коэффициентов функции влияния силового нагружения на динамику коррозионных повреждений.

Автор защищает:

- диссипативный подход к оценке текущей и длительной прочности;

- теоретические предпосылки и расчетные зависимости для определения влияния режимов нагружения и коррозионных повреждений на силовые сопротивления железобетонных элементов;

- математическую и расчетную модель для изучения коэффициента и меры виброползучести;

- динамику продвижения фронта коррозионных повреждений;

- математическую модель для определения максимальных динамических усилий в сечениях железобетонных элементов сооружений, существенных для количественной оценки их безопасности и живучести.

Достоверность научных результатов и выводов основывается на использовании фундаментальных законов механики сплошных сред и теории железобетона;

- на строгой постановке и тщательном анализе исследуемых задач;

- на реально-допустимой сходимости расчетных величин с экспериментальными данными.

Апробация работы и публикации.

Результаты исследований докладывались и обсуждались на кафедре железобетонных конструкций МИКХиС; на семинарах физического отдела института математического моделирования РАН; на научно-практических конференциях «Развитие современных городов и реформа жилищно-коммунального хозяйства».

Основное содержание диссертации представлено в 18 научных работах.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения с основными выводами и списка литературы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение посвящено обоснованию актуальности темы диссертации.

В первой главе представлен обзор состояния изучаемых в диссертации вопросов.

Проблема обеспечения безопасности и живучести зданий и сооружений в эксплуатационной стадии становится все более важной в деятельности научных, проектных и строительных организаций, как в России, так и за рубежом.

Эта проблема связана с анализом конструктивных схем сооружений, уточнением расчетов, изучением динамических нагружений и процесса перераспределения усилий между их элементами.

В настоящее время расчет строительных конструкций и нормативная база в основном опираются на положения метода предельных состояний и пока мало исследований по проблеме безопасности и живучести сооружений, а ее важность настоятельно требует повышения уровня ее понимания, связанного, прежде всего, с установлением обоснованных соотношений между конструктивными решениями сооружений и режимами внешних воздействий на них.

Развитие и дополнение положений метода расчета по предельным состояниям нацелены на повышение безопасности и живучести эксплуатируемых сооружений при внезапных закритических, техногенных и природно-климатических воздействиях и в настоящее время в работах отечественных и зарубежных ученых уже имеются предложения по обобщению этого метода.

Нет сомнения, что методы фундаментальных дисциплин в сочетании с методами строи гельной механики, теории сооружений, механикой разрушения и катастроф, инженерных методов нелинейной теории железобетона приведут к решению важных в расчетной и строительной практике задач безопасности и живучести зданий и сооружений.

В области разработки и совершенствования физических моделей силового сопротивления железобетонных конструкций проведено большое количество исследований, перечисление которых заняло бы немалое число страниц.

Основополагающие результаты этого направления исследований получены в работах Н.Х. Арутюняна, C.B. Александровского, В.М. Бондаренко, C.B. Бондаренко, В.Н. Байкова, A.A. Гвоздева, Г.А. Гениева, А.Б. Голышева, П.И. Васильева, A.C. Залесова, A.B. Забегаева, Н.И. Карпенко, В.И. Колчунова, В.И. Мурашова, В.Г. Назаренко, Я. М. Немировского, P.C. Санжаровского, В.И. Тра-вуша, В.П. Чиркова, Г.Н. Шоршнева.

К настоящему моменту уже накоплен опыт, касающийся как причин, так и последствий отказа элементов сооружений и более того, предложены варианты, классифицирующие эти отказы.

Понятие конструктивной безопасности и обозначения основных факторов, определяющих ее были сформулированы Ю.Н. Работновым, В.М. Бондаренко, В.В. Болотиным, В.П. Чирковым. Этими учеными и другими исследователями - О.Д. Астафьевым, A.B. Забегаевым, В.Д. Райзером, В.И. Римшиным, P.C. Санжаровским, H.H. Складневым, С.М. Скоробогатовым, А.Г. Тамразяном, B.C. Федоровым - заложены основы расчета безопасности железобетонных конструкций с учетом эволюционно накапливающихся в процессе эксплуатации повреждений и дефектов, предыстории существования сооружений.

Изучение последствий внезапно приложенных к конструкциям запроект-ных воздействий, вызванных аварийными и чрезвычайными ситуациями, не исключая и возможные ошибки в расчетах, приведенных в работах A.B. Александрова, Г.А. Гениева, Н.И. Карпенко, В.И. Колчунова, И.Е. Милейковского, В.И. Травуша и др.

На основе обзора и анализа известных научных работ по рассматриваемой в диссертации проблеме сформулированы цель и задачи исследований. Во второй главе изучаются вопросы ползучести и виброползучести. Предпосылка о взаимонезависимосги и сложении частных деформаций при изучении силового деформирования реализуется в раздельном рассмотрении мгновенных деформаций и деформаций ползучести, приводящему к уравнению состояния материалов

> = 1ГГГ11 + 5>(') K(^)~jsMr) №(t,T)dT, (1)

EA'.to ) 1 dt

где £m('.r) = —- мгновенная относительная силовая деформация;

Sm[cr(r)J - нелинейная функция напряжений этих деформаций; Era(t,to) - модуль мгновенных деформаций; £„(г.г) = 5„[сг(()]с^(г,т)- относительно силовая деформация кратковременной ползучести; Sn[ ст (t)] - нелинейная функция напряжений деформаций ползучести; C'0(t,t0) - мера простой ползучести;

en(t,i„)- - Ь'„\<з(т)\—~(i,f)dT - относительная силовая деформация запаздываю-,J dt

'о

щей ползучести.

При вибрационных пригружениях статистически нагруженного материала проявляется виброползучесть, мера которой согласно признаку К.К. Шкер-белиса

С1=К.{ш,У„рК. (2)

где А"„(со,уьр) - коэффициент виброползучести, зависящий от частоты ю, характеристики ползучести yi и ассиметрии цикла р = 5maX/Smi„.

Исследованию явления ползучести и виброползучести посвящено много работ, например Н.Х. Арутюняна, Ю.М. Баженова, О.Я. Берга, В.М. Бондарен-ко, A.A. Гвоздева, К.Ю. Мальмейстера, П.А. Ребиндера, Ю.Н. Хромца, К.К. Шкербелиса.

Изучение поведения функции К(ю,уьр) основано на инварианте Н.И. Да-виденкова о независимости площади петли гистерезиса (рис. 1) от частоты колебаний

—Д W = 0, (3)

да

где AW - удельная энергия, диссипированная за цикл нагружения-разгружения

Рис. 1. Петля гистерезиса

В § 3 из анализа структуры AW и (3) получено уравнение

™M + P(a>,ri,p)K.(a>) = 0, (4)

решение которого имеет вид

■1Р((0'1с1а+!Р(сиЫш1ш = а) . К«о,ггР) = е1 тпи (5)

В § 4 этой главы выявлено, что для достаточно больших частот (включая и обычный в практике их диапазон) справедливо соотношение,

Кв(ш,уьр)~Со), (6)

согласующееся с экспериментальными данными, причем множитель С, зависящий от класса бетона легко определяется по этим данным. В § 5 главы II вводится новый инвариант

'о +2Ж^0

где £„н^„ + необратимая (остаточная) за цикл часть относительной де- /

формации и обосновывается эквивалентность деформационного инварианта (7) и энергетического инварианта (3).

Следует отметить, что уравнение (4) является следствием (7). В § 6 введено понятие вибрационного модуля мгновенных деформаций Е„к{1,1ъсо) и получена его зависимость от частоты вибрации оз. В экспериментах некоторых исследователей замечено, что условие с'ти, т) - О- = 0 не подтверждается и в § 7 выявлено влияние кратковременной ползучести на К(со,уьр). Третья глава посвящена исследованию длительного силового сопротивления материалов конструкций, подверженных силовым воздействиям.

Как показывают исследования ряда авторов при длительном приложении нагрузок прочность Я(т) материалов и, в частности, зрелого бетона уменыиает-

<

ся. Степень ее снижения зависит от длительности и режима нагружения и увеличивается при вибрационных пригружениях.

Изучение динамики R(t) основано на новом, так называемом диссипатив-ном подходе, основанном на вводимом в работе понятии удельной энергии целостности W(t) как параметра материала, характеризующего его энергетическое состояние. Этот параметр, определяющий энергетическую меру сопротивляемости материала разрушений, равен работе, необходимой в данный момент т для разрушения единицы его объема.

Прочность материала на период Т = t - to называется максимальный уровень R(t) постоянных напряжений в начальный момент т = t«, который он выдерживает в течение этого промежутка времени.

Прочности R,<p = R(to) hR„ = R(œ) называют кратковременной и длительной, а потому R(t) - это текущая длительная прочность. Величина W(t«) начальной энергии целостности уменьшается за счет диссипативно-рассеянной ее части W,/t) и для оценки прочности при заданном режиме а (г) необходимо оценить величину W¿ (t).

Основой для вывода соотношений является концепция, что величина W(to) не зависит от способа ее исчерпания при т > to.

С одной стороны W(to) равна работе, необходимой для разрушения единицы объема материала при его мгновенном (практически кратковременном) деформировании.

С другой стороны при длительном разрушении материала, завершаемом к концу промежутка времени T = t - to, W(to) уменьшается на величину W,)(t) и разность W(t,j)-W,;(t) представляет удельную энергию целостности материала в момент т = t.

По закону сохранения энергии

W(t0h W(t)+ Wà(t) (8)

Текущий ресурс силового сопротивления определяется величиной W(t) и вместе с ней уменьшается из-за диссипации.

Соотношение (8) влечет зависимости

R(t) = ф)Щг„) Rd, = 7/гч,,-л = Ьшл(0

(9) (10)

В обшем случае имеем следующую структуру W<>(t)

Ш)= WM+ wjt)+ Wjtj

(11)

В (11) W,Jc(t) - диссипация от необратимой части силовых деформаций; W„K(t) - диссипация от коррозийных воздейст вий; W,to(t) - диссипация от других несиловых воздействий.

В главе 111 изучается динамика W(lc(t) и W(x).

Следует отметить, что существует представление об увеличении R(t) с возрастом бетона, объясняемое процессом гидратации. Согласно другому представлению наступает момент, когда все поры в бетоне заполняются продуктами гидратации и их избыток при т > to влечет уменьшение набранной прочности.

В аспекте наших рассмотрений при т < to энергия целостности увеличивается за счет притока энергии в результате физико-химического процесса, а при т > to уменьшается за счет диссипации.

Вопросы длительной прочности ставятся для достаточно больших Т, а потому естественна предпосылка, что к моменту т= to процесс упрочнения уже завершен (рис. 2).

R(t)

Разрушение

I маловероятно

Разрушение

О to Т г

Рис. 2. Кривая зависимости длительной прочности от времени

При а(т) = const имеем

m

lEjr,tJl + r(t0

"V £„('оЛ1 + г(0]

(12)

r{t) = а+vjEji,tl>)c-0(t,t0)

1 + Чш

(13)

где Пт и Пп - параметры нелинейности мгновенных деформаций и деформаций ползучести.

В § 3 главы III обосновано, что при статическом нагружении имеем нижнюю оценку длительной прочности для всех неубывающих режимов нагруже-ния.

Для оценки прочности R(t) в конце заданного периода Т = t - to при известных R(to), Cô(t,t„), E„,(t,to) и режиме нагружения а(т) необходимо найти величину W,¡(t). В работе для двух режимов нагружения приведены оценки длительной прочности.

Циклические нагрузки вибрационного характера на статически нагруженный материал создают ассиметрию нагружения и влекут снижение длительной прочности.

При многократных нагружениях микротрещины в бетоне увеличиваются и с течением времени приводят к исчерпанию его несущей способности.

Проявление виброползучести по своему характеру близко соответствует ползучести при длительно действующей нагрузке, а потому выносливость материала рассматривается как его длительная прочность при стационарных вибрационных нагружениях.

В силу этого для нахождения выносливости 1^,(0 в конце периода нагружения и длительной выносливости

Яв = 1ш1Лв(г) (14)

применяется развитый в работе диссипативный подход.

В § 4 получено соотношение

/?«(/) =

Звад (15)

V £.(/0,гХ1 + г.О)]

ГМ = К/ш,у,р) ■ Г(1) (16)

Увеличение промежутка нагружения Т = I - ^ связано с увеличением числа циклов п.

Согласно (15)

ПтЩ вЕЕЖ.,ГшШЬтГяЮ (17)

-ОЯ(»о) V 1+Г. ,-0

и для достаточно больших Т и, следовательно, отношение ЮН практически не зависит от Т и п (рис. 3).

\

Мй

>

П

щ

Рис. 3. Зависимость —

от числа циклов

Hit о)

Экспериментальные исследования деформаций сжатия бетонных образцов показывают наличие в диаграмме «в - о» ниспадающей ветви и значительное превышение предельной деформации eu(t) над предельной деформацией £K(t) на восходящей ветви диаграммы.

В § 5 с помощью введенного понятия энергии целостности обоснована инвариантность от режима деформирования величины ец/ек

G

А

О

Рис. 4. Диаграммы «г: - о» при кратковременном I и длительном II нагр ужениях

Основные результаты и выводы.

1. Предложен и развит новый подход к оценке текущей и длительной прочности бетона, обеспечивающий учет влияния режимов силового нагруже-ния и коррозионных повреждений.

2. Введен деформационный инвариант, эффективный в теории виброползучести и обоснована его эквивалентность известному энергетическому инварианту Н.И. Давиденкова.

3. Развит энергетический подход Г. А. Гениева - В.И. Колчунова для оценки максимальных динамических догружений при внезапных силовых воздействиях на стержневые конструкции.

4. Предложен уточненный способ прогноза динамики продвижения коррозионных повреждений бетона с учетом его силового нагружения. При этом выявлена инвариантность от времени уровней критериальных напряжений в теории разрушения бетона О.Я. Берга - Ю.Н. Хромца, обеспечивающая при нахождении функции влияния силового воздействия вместо предварительно рассчитываемых предельных величин независимо взять экспериментально определяемые в момент наблюдения величины.

5. Введен новый способ для текущей количественной оценки безопасности сооружений.

6. Предложен новый подход получения интегральных характеристик силового сопротивления сечений железобетонных элементов, развивающий известный метод В.М. Бондаренко.

7. Обоснована независимость от режима деформирования отношения предельных относительных деформаций, существенно важная в теории силового сопротивления сжатых железобетонных сооружений.

8. Развитые в диссертации подходы и расчетные предложения обеспечивают более высокую степень достоверности, прогноза динамики повреждений элементов железобетонных конструкций и, следовательно, более уточнено оценивать безопасность сооружений.

Основное содержание диссертации отражено в следующих публикациях.

1. Ларионов Е.А., Бондаренко В.М. Влияние режима нагружения на силовое деформирование бетона, ж-л «Бетон и железобетон», № 6,2004, с. 27-30.

2. Бондаренко В.М., Ларионов Е.А. К вопросу виброползучести. Сборник трудов секции «Стр-во» РИА, вып. 5, ч. 2, т. 2004, С. 299-308.

3. Бондаренко В.М., Ларионов Е.А. Виброползучесть бетона. Изв. вузов «Строительство», № 3, 2004, С 4-9.

4. Ларионов Е.А. К вопросу длительной прочности бетона. Изв. вузов «Строительство», № 8, 2005.

5. Ларионов Е.А. О принципах локализации частот в задачах линейной теории колебаний сплошных сред, труды ЦНИИСК, М. 1974, с. 11-20.

6. Ларионов Е.А. К вопросу эксплуатации объектов недвижимости в зонах вибрационных техногенных воздействий. Сборник научных докладов, МИКХиС, вып. 2, М„ 2005, с. 60-67.

7. Ларионов Е А. Об одном критерии устойчивости решений дифференциальных уравнений, ДАНСССР, 1968,т. 183,№5, с. 1008-1011.

8. Ларионов Е.А. О базисах, составленных из корневых векторов операторного пучка, ДАНСССР, 1972, т. 206, № 2, с. 283-286.

9. Ларионов Е.А., Бондаренко В.М. Развитие методов интегральной оценки силового сопротивления железобетонных конструкций, Сборник трудов ГОТУ, г. Орел, 2004.

Ю.Ларионов Е.А., Бондаренко В.М. К вопросу длительной прочности и выносливости бетона, Сборник трудов ГОТУ, г. Орел, 2004.

11 .Ларионов Е.А. К теории операторных пучков, СМЖ, т. XVII, № 3, 1976, с. 586-605.

12.Ларионов Е.А. Асимптотика собственных чисел при слабом возмущении, ДАНСССР, 1989, т. 307, № 4, с. 802-806.

13.Ларионов Е.А., Бондаренко В.М. Некоторые вопросы силового сопротивления сжатых элементов железобетонных конструкций. Сб. трудов меж-

дународных академических чтений «Безопасность строительного фонда России. Проблемы и решения». Курск, 2005.

14. Ларионов Е.А. Некоторые особенности силового сопротивления бетона, существенно важные для теории железобетона. Сб. трудов МИКХиС, 2005.

15.Ларионов Е.А. О демпфированных колебаниях сооружений. Сб. трудов МИКХиС, 2005.

16.Ларионов Е.А. Динамическая устойчивость сооружений при крутильном взаимодействии. Сб. трудов МИКХиС, 2005.

П.Ларионов Е.А., Бондаренко В.М. К вопросу о глубине коррозионных повреждений бетона, ж-л «Бетон и железобетон», № 4, 2005.

18.Ларионов Е.А., Бондаренко В.М. К вопросу конструктивной безопасности сооружений.

\

i

Подписано в печать 26.05.05. Формат 60x84'/(б- Объем 1Д5 п л Riso печать. Тираж 100 экз. Заказ № 255

ИПЦ МИКХиС 109029, Москва, Ср Калитниковская у i, д 30

€12462

РНБ Русский фонд

2006-4 5671

Введение

Глава I. Состояние вопроса и задачи исследования

Глава II. Некоторые вопросы ползучести и виброползучести

1. Уравнения состояния материалов

2. К вопросу виброползучести

3. Дифференциальное уравнение для коэффициента виброползучести

4. Виброползучесть при больших и малых частотах колебаний

5. Деформационный инвариант при вибрационных нагрузках

6. Вибрационный модуль мгновенных деформаций

7. Влияние кратковременной ползучести на коэффициент виброползучести

Глава 1Ш Длительное силовое сопротивление железобетонных элементов

1. К вопросу о длительной прочности и выносливости

2. Диссипативный подход к вопросу длительной прочности материалов

3. Длительное силовое сопротивление материалов

4. Длительная выносливость материалов

5. Некоторые вопросы силового сопротивления сжатых элементов железобетонных конструкций

6. Интегральные характеристики силового сопротивления сечений железобетонных элементов

Глава IV. Коррозионные и силовые повреждения материалов

1. К вопросу коррозионных повреждений железобетонных элементов

2. Длительная прочность и выносливость материалов при коррозионных повреждениях

3. Остаточный ресурс силового сопротивления элементов железобетонных конструкций

Глава V. Некоторые вопросы конструктивной безопасности сооружений

1. Энергетический запас прочности конструктивных элементов сооружений

2. Динамические догружения элементов при запректных воздействиях

3. Демпфированные колебания сооружений

4. Динамическая устойчивость сооружений при крутильном взаимодействии

Выводы

Проблема обеспечения безопасности и живучести эксплуатируемых зданий и сооружений занимает важное место среди задач прогноза силового сопротивления строительных конструкций."

В последнее десятилетие она заметно обострилась во многих странах, и особенно в России, в силу многих причин, например, воздействий техногенного характера, чрезвычайных ситуаций, землетрясений.

V >, •

Следует отметить также, что задача безопасности и живучести сооружений примыкает к общей проблеме сбережения ресурсов, реализуемой в процессе их реконструкции.

Вопросы теории расчета и прогнозирования безопасности железобетонных сооружений освещены во многих отечественных и зарубежных работах, например в (1 -9,21,23,29,31).

Эти расчеты, неизбежно связанные с прочностью бетона - его основной физико-механической характеристикой - не отражают в полной мере динамику этой прочности во времени, зависящих от многих факторов: режимов силового нагружения, воздействий окружающей среды и т.п.

В данной работе на основе новых подходов расширены критериальные оценки механических свойств материалов в условиях нагружения, и повреждений и уточнены нормативные расчетные характеристики. конструкций по прочности и деформированию, существенно важные для практических расчетов; сформулирована и реализована новая самостоятельная расчетная модель силового сопротивления железобетонных конструкций, отличная от существующих, с прямым учетом предыстории существования - в частности режимов нагружения, старения, неравновесных процессов деформирования, износа и коррозионных повреждений.

Динамика прочности во времени является существенной для количественной оценки- текущего и длительного ресурса силового сопротивления элементов сооружений, связанной с прогнозированием их безопасности.

Повышение безопасности проектируемых конструкций при одновременном, более экономном использовании ресурсов остается одной из главных и важных задач строительной отрасли и, следовательно, теории и практики расчета сооружений. Этот расчет, согласно действующим нормам, реализуется по предельным состояниям и ставит. целью исключение (# наступления этих состояний.

Однако практика эксплуатации зданий и сооружений свидетельствует о том, что когда они были запроектированы в соответствии с нормативными документами, возникают воздействия, не предусмотренные проектом, влекущие частичное или полное их обрушение. Такие воздействия называются запроектными (9, 22, 26, 29, 31, 44, 47).

Снижение числа аварийных ситуаций и ущерба при их возникновении тесно связаны с разработкой подходов к исследованию конструкций, максимально обеспечивающих безопасность сооружений. Значимая роль здесь отводится созданию методов расчета, учитывающих транформацию конструкций при выключении из работы отдельных ее элементов, связей, • ■ закреплении и т.п. и последующему синтезу адантивных конструктивных систем, в которых исключено полное (или так называемое лавинообразное) разрушение.

Одним из основных вопросов этого направления исследований, наряду с анализом конструктивных схем сооружений в аспекте возможного характера разрушения, является оценка максимальных динамических догружений элементов системы вследствие мгновенного разрушения отдельных ее элементов.

В (44, 47) на основе энергетических соображений, восходящих к идеям Г.А. Гениева (46), построены теоретические зависимости для определения динамических догружений в сечениях балочных и стержневых железобетонных элементов при мгновенном хрупком выключении из работы отдельных элементов.

• Идея энергетического подхода для выявления зависимостей определяющих поведение сооружений, является емкой и перспективной и, по-видимому, будет одной из основных в проблеме безопасности и живучести сооружений и возникает необходимость дальнейших исследований для ее развития и применения.

Понятие «конструктивная безопасность» было сформулировано Ю.Н. Работновым (26, 75) и В .М. Бондаренко, отметившим существенное влияние предыстории конструкции на ее безопасность и потребовалось развитие и корректировка существующих теоретических методов прогноза влияния предыстории существования сооружения, включая режим силового нагружения и коррозионные воздействия, на характеристики силового сопротивления конструкций и сооружений.

В данной диссертации введен, сформулирован и разработан новый принцип оценки безопасности конструкций, определяемый сопоставлением предельной энергии сопротивления материала - энергии его целостности — включая ее уменьшение за счет диссигации, с работой внешних воздействий.

Это вводит принципиально новый интегральный показатель для оценки безопасности сооружений.

выводы.

1. Предложен и развит новый подход к оценке текущей и длительной прочности бетона, обеспечивающий учет влияния режимов силового нагружения и коррозионных повреждений.

2. Введен деформационный инвариант, эффективный в теории виброползучести и обоснована его эквивалентность известному энергетическому инварианту Н.И. Давиденкова.

3. Развит энергетический подход Г.А. Гениева - В.И. Колчунова для оценки максимальных динамических догружений при внезапных силовых воздействиях на стержневые конструкции.

4. Предложен уточненный способ прогноза динамики продвижения коррозионных повреждений бетона с учетом его силового нагружения. При этом выявлена инвариантность от времени уровней критериальных напряжений в теории разрушения бетона О.Я. Берга -Ю.Н. Хромца, обеспечивающая при нахождении функции влияния силового воздействия вместо предварительно рассчитываемых предельных величин независимо взять экспериментально определяемые в момент наблюдения величины.

5. Введен новый способ для текущей количественной оценки безопасности сооружений.

6. Предложен новый подход получения интегральных характеристик « силового сопротивления сечений железобетонных элементов, развивающий известный метод В.М. Бондаренко.

7. Обоснована независимость от режима деформирования отношения предельных относительных деформаций, существенно важная в теории силового сопротивления сжатых железобетонных сооружений.

8. Развитые в диссертации подходы и расчетные предложения обеспечивают более высокую степень достоверности, прогноза динамики повреждений элементов железобетонных конструкций и, следовательно, более уточнено оценивать безопасность сооружений.

1. Аванесов М.П., Бондаренко В.М., Римшин В.И. Теория силового сопротивления железобетона. Алтайский ГТУ, Барнаул, 1996

2. Александровский C.B. Расчет бетонных и железобетонных конструкций на температурные и влажностные воздействия с учетом ползучести. Стройиздат, Москва, 1973

3. Александровский C.B., Бондаренко В.М., Прокопович В.М Приложение теории ползучести к практическим расчетам железобетонных конструкций. Сб. «Ползучесть и усадка бетона и железобетонных конструкций», Стройиздат, Москва, 1976

4. Александровский C.B. Прикладные методы теории теплопроводности и влагопроводности бетона. Изд. Компании «Спутник», Москва, 2001

5. Арутюнян Н.Х. Некоторые вопросы теории ползучести. Изд. «Машиностроение», Москва, 1952

6. Арутюнян Н.Х., Колмановский В.Б. Теория ползучести неоднородных тел. Изд. «наука», Москва, 1983

7. Арутюнян Н.Х., Наумов В.Ф. Механика растущих вязкоупругих тел. Институт проблем механики АН СССР, Москва, 1984

8. Арнольд В.И. Теория катастроф, Москва, Наука, 1990

9. Ахметзянов Ф.Х. К оценке прочности и долговечности поврежденных бетонных и железобетонных элементов. Изд. «Новое знание», Казань, 1997

10. Ю.Баженов Ю.М. Влияние влажности на прочность бетона при различной скорости нагружения. Журнал «Бетон и железобетон», Москва, 1966, №12

11. П.Баженов Ю.М. Бетон при динамическом нагружении. Стройиздат, Москва, 1970

12. Баженов Ю.М., Новичков П.И., Ерофеев В.Г. Кинетика движения диффузионного фронта реакции в бетоне, материалы Третьей Международной научно-практической конференции, Москва 2005-06-22 Болотин В.В. Динамическая устойчивость упругих систем, Москва, 1956

13. Бамбура А.Н. Диаграмма «напряжения-деформации» для бетона при центральном сжатии. Сб. Вопросы прочности, деформативности и трещиностойкости железобетона», РИСН, Ростов-на-Дону, 1980

14. Байков A.A. О действии морской воды на сооружения. Сб. гр. Стройиздат, Москва, 1948

15. Байков В.Н. О дальнейшем развитии общей теории железобетона. Журнал «Бетон и железобетон», Москва, 1974, №7

16. Берг О.Я.Физические основы теории прочности бетона и железобетона. Стройиздат, Москва, 1962

17. Берг О.Я. Исследования прочности железобетонных конструкций при воздействии на них многократно повторной нагрузки, Сб, «труды ЦНИИС». Вып. 19, Москва, 1956

18. Берг О .Я., Хромец Ю.Н. Влияние длительного загружения на прочностные и деформативные свойства бетона, Сб, труды ЦНИИС, вып. 60, Москва, 1986

19. Берг О.Я., Писанко Г.И., Хромец Ю.Н. Исследование физического процесса разрушения бетона под действием статической и многократно повторяющейся нагрузки, Сб, труды ЦНИИС, вып. 60, Москва, 1986

20. Боголюбов H.H., Митропольский Ю.А. Асимптотические методы в теории нелинейных колебаний, Москва, 1963

21. Болотин В.В. Динамическая устойчивость упругих систем, Москва, 1956

22. Болотин В.В. Механика разрушения композиционных материалов. Справочник «Композиционные материалы». Изд. «Машиностроение», Москва, 1990

23. Болотин В.В. Оценка сейсмичности поврежденных зданий и сооружений по отношению к повторным толчкам. Вестник РААСН, №3, Москва, 2000

24. Бондаренко В.М., Шашин В.В. Влияние предыстории деформирования на развитие собственных колебаний реальных тел. Сб. «Железобетонные конструкции», вып. 1/30, изд. ХГУ, Харьков, 1964

25. Бондаренко В.М. О деформациях виброползучести бетона. Сб. «Структура, прочность и деформации бетонов», Стройиздат, Москва, 1996

26. Бондаренко В.М. Некоторые вопросы нелинейной теории железобетона. Изд. ХГУ, Харьков, 1968

27. Бондаренко В.М., Демьянова A.A. Влияние окружающей среды на долговечность железобетонных конструкций. Журнал «Строительство и архитектура», 1980, №4

28. Бондаренко В.М., Иоселевский Л.И., Чирков В.П. Надежность строительных конструкций и мостов. Изд. РААСН, Москва, 1997

29. Бондаренко В.М., Боровских A.B. «Износ повреждения и безопасность сооружений», Москва, 2000.

30. Бондаренко В.М., Бондаренко C.B. Инженерные методы нелинейной теории железобетона, Стройиздат, 1982

31. Бондаренко В.М., Боровских A.B., Марков C.B., Римшин В.И. Элементы теории реконструкции железобетона. РААСН, Москва, 2002

32. Бондаренко В.М., Залесов A.C., Серых P.JI. Тенденции будущего развития сборного строительства. Бетон и железобетон, 1998

33. Бондаренко В.М. О нелинейных деформациях бетона и расчета железобетонных конструкций. Сб. ЦНИИСК, Совещание по вопросам ползучести, 1962

34. Бондаренко В.М. Сухарев A.A. Длительная прочность и выносливость бетона конструкций эксплуатируемых зданий и сооружений, Материалы конференции МИКХиС, ч.1. Москва, 2003

35. Бондаренко В.М. Адаптированные конструктивные решения, причины и расчеты. Журнал ПН, 1994, №7

36. Бондаренко C.B., Санжаровский P.C. Усиление железобетонных конструкций при реконструкции зданий. Стройиздат, Москва, 1990

37. Боровских A.B., Назаренко В.Г., Теория силового сопротивления сжатых железобетонных конструкций. МИКХиС. Москва, 2000

38. Боровских A.B., Федоров B.C. Силовое сопротивление конструкций и композиционных материалов при высокотемпературном нагреве, РААСН, Москва, 2001

39. Васильев П.И. К вопросу выбора феноменологической теории ползучести бетона. Сб. «Ползучесть строительных материалов и конструкций», Стройиздат, 1969

40. Гвоздев A.A. Ползучесть бетона и пути ее исследования. Сб. «Исследование прочности, пластичности и ползучести строительных материалов», ЦНИПС, Стройиздат, 1955

41. Гвоздев A.A. Некоторые особенности деформирования бетона и теории ползучести. Сб. «Ползучесть строительных материалов и конструкций», Стройиздат, 1964

42. Гениев Г.А., Клюева Н.В. К оценке резерва несущей способности железобетонных статически неопределимых систем после запредельных воздействий. Сб. «Критические технологии в строительстве», РААСН,1. МПХ, Москва, 1998

43. Гениев Г.А., Киссюк В.Н., Тюпин Г.А. Теория пластичности бетона и железобетона. Стройиздат, Москва, 1974

44. Гениев Г.А. О динамических эффектах в стержневых системах из физически нелинейных хрупких материалов. Промышленное и гражданское строительство, 1999, №9

45. Гениев Г.А., Колчунов В.И., Клюева Н.В., Никулин А.И. Пятикрестовский. Прочность и деформативность железобетонных конструкций при запроектных воздействиях, Москва. Издательство АСВ, 2005 год

46. Карпенко Н.И. Общие методы механики железобетона. Стройиздат, Москва, 1996

47. Карпенко Н.И., О расчете деформаций ползучести бетона. Строительная механика и расчет сооружений, Москва, 1979

48. Крейн М.Г., Лангер Г.К. О некоторых математических принципах линейной теории демпфированных колебаний континуумов, Труды межд. Симп. Тбилиси, 1964 г., изд-во «Наука», 1965

49. Комохов П.Г., Латыпов В.И., Латыпова М.В. Долговечность бетона и железобетона. Изд. «Белая река», Уфа, 1998

50. Колчунов В .И., Воробьев Е.Д. К анализу деформирования и разрушения эксплуатируемых железобетонных балочных конструкций при запроектных воздействиях, Материалы Третьей международной научно-практической конференции, Москва, 2005

51. Ларионов Е.А. О принципах локализации частот и принципе полноты и двукратной полноты корневых функций в задачах линейной теории колебаний сплошных сред, Труды института ЦНИИСК, вып. 36, Москва, 1974

52. Ларионов Е.А. К вопросу эксплуатации объектов недвижимости в зонах вибрационных техногенных воздействий. Сборник научных докладов, МИКХиС, вып 2, М, 2005.

53. Ларионов Е.А. Об одном критерии устойчивости решений дифференциальных уравнений, ДАНСССР, 1968

54. Ларионов Е.А. О базисах, составленных из корневых векторов операторного пучка, ДАНСССР, 1972

55. Ларионов Е.А., Бондаренко В.М. Развитие методов интегральной оценки силового сопротивления железобетонных конструкций, сборник трудов ГОТУ, г. Орел, 2004

56. Ларионов Е.А. К теории операторных пучков, СМЖ, 1976

57. Ларионов Е.А. Асимптотика собственных чисел при слабом возмущении, ДАНОССР, 1989

58. Ларионов Е.А., Бондаренко Е.А. Некоторые вопросы силового сопротивления сжатых элементов железобетонных конструкций. Сб. трудов международных академических чтений «Безопасность строительного фонда России. Проблемы и решения.» Курск, 2005.

59. Ларионов Е.А. Некоторые особенности силового сопротивления бетона, существенно важные для теории железобетона. Сб. трудов МИКХиС, 2005

60. Ларионов Е.А. О демпфированных колебаниях сооружений. Сб. трудов МИКХиС, 2005.

61. Ларионов Е.А. Динамическая устойчивость сооружений при крутильном взаимодействии. Сб. трудов МИКХиС, 2005 г.

62. Ларионов Е.А., Бондаренко В.М. К вопросу о глубине коррозионных повреждений бетона, Бетон и железобетон, №4, 2005.

63. Ларионов Е.А., Бондаренко Е.А. К вопросу конструктивной безопасности сооружений, «Промышленное и гражданское строительство», №9, 2005

64. Марков C.B. Силовое сопротивление поврежденных коррозией бетона и арматуры железобетонных элементов. Сб. трудов «Актуальные проблемы строительства», Мордовский Госуниверситет, Саранск, 2002

65. Марков C.B., Римшин В.И., Бондаренко В.М. Ресурс силового сопротивления и усиления поврежденных коррозией железобетонных конструкций. Сб. трудов, УРО РААСН, вып. 1, Москва, 2002

66. Малмейстер Л.К., Упругость и неупругость бетона, Рига, 1957

67. Моисеев H.H. Асимптотические методы нелинейной механики, Москва, 1981

68. Москвин В.М. Коррозия бетона, Стройиздат, Москва. 19522 09

69. Мурашев В.И. Трещиностойкость, жесткость, прочность железобетона. Машстройиздат, Москва, 1980

70. Назаренко В.Г., Боровских A.B. Диаграмма деформирования бетонов с учетом ниспадающей ветви. Журнал «Бетон и железобетон», 1998, № 8.

71. Работнов Ю.Н. Элементы наследственной механики твердых тел. Изд. «Наука», Москва, 1977

72. Работнов Ю.Н., Милейко С.Е. Кратковременная ползучесть. Изд. «Наука», Москва, 1970

73. Ребиндер П.А. Физико-химическая механика, «Знание», Москва, 1960

74. Римшин В.И. Повреждения и методы расчета усиления железобетонных конструкций. МИКХиС, Москва, 2001

75. Рекомендации по учету ползучести и усадки бетона при расчете бетонных и железобетонных конструкций, Стройиздат, Москва, 1988.

76. Санжаровский P.C. Устойчивость элементов строительных конструкций при ползучески. Ленинградский университет, Ленинград, 1984

77. Селяев В.П., Окшина Л.М. Химическое сопротивление цементных композитов при совместном действии нагрузки и агрессивных сред. Мордоский госуниверситет. Саранск, 1997

78. Серых Р.Л., Ярмаковский В.Н. Нарастание прочности бетона во времени, бетоны и железобетоны, 1992, №3

79. Серых Р.Л. Научно-технические аспекты ресурсосбережения в строительстве, Вестник отделения строительных наук, вып.2, Москва, 1998

80. Чирков В.П., Шавыкина М.П. Метод расчета сроков службыжелезобетонных конструкций при коррозии арматуры. МГУПС, Москва, 1998

81. Чирков В.П. Надежность и долговечность железобетонных конструкций зданий и сооружений. РАСЭ, том 5, Москва, 1998

82. Фрайфельд С.Е. Собственные напряжения в железобетоне. Стройиздат, 1941

83. Фрайфельд С.Е. Современные задачи развития теории расчета строительных конструкций. АСИА УССР, Киев, 1962

84. Хромец Ю.Н. О физических основах теории прочности бетона. Сб. труды ЦНИИС Промзданий, Москва, 1981

85. Persoz B.Le princope de superposition de Bolzmann Cahier Groupe franritudes rhieh, 1957, 2N1

86. Reiner M. Weisen bergk. Kheolog. Leatlet, 1939,N10,12

87. Бондаренко C.B. Теория сопротивления строительных конструкций режимным нагружением. М., Стройиздат, 1984.

88. Шкербелис К.К. «О связи между деформациями ползучести и скоростью нагружения, исследования по бетону и железобетону, сб. 3. Изд. АН ЛатвССР, Рига, 1959.

89. Н.Н. Давиденков «О рассеянии энергии при вибрациях, ж-л ЖЭТФ, 1938.

90. Ларионов Е.А., Бондаренко В.М. «Влияние режима нагружения на силовое деформирование бетона, ж-л «Бетон и железобетон», №6,2004, с.27-30.

91. Бондаренко В.М., Ларионов Е.А. «Виброползучесть бетона». Изв. вузов «Строительство», № 4, 2004.

92. Бондаренко В.М., Ларионов Е.А., К вопросу виброползучести. Сборник трудов секции «Стр-во» РИА, Вып. 5, ч. 2, 2004, с. 299-308.

93. Ларионов Е.А., К вопросу длительной прочности бетона, Изв. Вузов, «Строительство», № 3, 2004, с. 4-9.

94. Pekau О. A., Syamal Р.К., Non-linear torsional coupling in symmetric structures, J. Sound and Vibration, 1984, V. 94, No.l, p. 1-18.

95. W.K. Tso, Induced torsional oscillations in symmetrical structures, Journal of Earthquake Engineering and Structural Dynamics, 1975, p. 337-346.

96. Айзенберг Я.М, Сооружения с выключающимися связями для сейсмических районов, М., Стройиздат, 1976.